化学：1本の分子鎖で異なる結び目を作る
Nature 584, 7822 doi: 10.1038/s41586-020-2614-0
結び目の特性は、靴ひもから、登山、魚釣り、セーリングに用いられる結び目まで、さまざまな用途に活用されている。結び目は、DNAやタンパク質にも見られ、他の長いポリマー鎖ではランダムに形成されるが、1本のナノスケール合成鎖に異なる種類の結び目を作る方法はない。これまでに、非共有結合性相互作用を用いて分子鎖を集合させて絡ませることによって、対称性の高い分子結び目が合成されてきた。しかし、そうした例では、鋳型や鎖の構造によって本質的にトポロジーが決まるため、通常は1種類の結び目しか形成できない。今回我々は、1本の人工分子鎖内に異なる金属イオンのための配位部位を複数組み込むことによって、分子鎖に複数種の結び目を形成できることを示す。遷移金属イオンとランタノイドイオンを用いて、鎖の折り畳みをタンパク質シャペロンの作用に似た様式で誘導することによって、同一の分子鎖から選択的に、3種類のトポ異性体、すなわち結び目のない（01）大員環、三葉（31）結び目、スリーツイスト（52）結び目が合成された。我々は、この金属イオンに誘起される折り畳みが、立体誘起を伴って進行し得ることを見いだした。つまり、ある結び目の場合、ランタノイド(iii)配位の交差パターンは、特定の対掌性の銅(i)配位交差を用いたときにのみ形成された。また、予期せぬ発見として、金属イオン配位によって絡み合いの位置が結び目分子構造のある領域から別の領域へと移動し、その結果、新たな結び目コンホメーションにおいてひねり（トポロジカルひずみ）が増大することも見いだされた。結び目のトポロジーは鎖の化学的特性に影響を及ぼしており、よりきつい52結び目は2つの異なる金属イオンと同時に結合できるのに対し、より緩い31異性体は1つの銅(i)イオンまたは1つのルテチウム(iii)イオンのいずれかとしか結合できない。ナノスケールの鎖を結んで異なる結び目を形成できるこの能力は、合成オリゴマー、合成ポリマー、合成超分子の構造や特性の変化を探る機会をもたらす。
